вакуумная техника

УДК 533.5(075) ББК31.77я7 Б 37

Беграмбеков Л.Б., Захаров A.M. Введение в вакуумную технику: Учебное пособие. М.: МИФИ, 2001. 36 с.

В пособии приведены основные понятия и определения вакуумной техники, сведения о вакуумных насосах, о приборах для измерения вакуума, о вакуумной арматуре, о технологии получения вакуума и требования вакуумной гигиены, а также методы измерения характеристик вакуумных систем. В пособии также даны задания, которые требуется выполнить для получения практических навыков работы с вакуумными системами, и список литературы для углубления знаний по рассматриваемым вопросам.

Пособие рекомендуется студентам МИФИ, изучающим курс вакуумной техники.

Рекомендовано к изданиюредсоветом МИФИ в качестве учебного пособия

Рецензент: доц., канд. физ.-мат. наук А.Н. Долгов

ISBN 5 - 7262 - 0396 - 8 © Московский государственный инженерно-физический институт (технический университет), 2001

Редактор М.В. Макарова

Оригинал-макет изготовлен М.В. Макаровой

ЛР№ 020676 от 09.12.97. Подписано в печать27.11.2001. Формат 60x84 1/16.

Печ.л. 2,25. Уч.-изд.л. 2,25. Тираж 100 экз. Изд. № 063-1. Заказ № 1223

Московский государственный инженерно-физический институт (технический университет).

Типография МИФИ. 115409, Москва, Каширское ш., 31

ВВЕДЕНИЕ

Работы, выполнение которых предусмотрено в лаборатории «Диагностика и методы получения плазмы», так же, как и любые эксперименты по физике плазмы, требуют знания вакуумной техники, методов получения и измерения вакуума. Учебное пособие включает необходимый минимум сведений о вакуумной технике, используемой в лаборатории, включая вакуумные насосы, приборы измерения вакуума, вакуумную арматуру, сведения о технологии получения вакуума и вакуумной гигиены, методы измерения характеристик вакуумных систем.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВАКУУМНОЙ ТЕХНИКИ

Вакуумная система экспериментальной установки включает в себя замкнутый (металлический, стеклянный и т.п.) объем для проведения экспериментов и совокупность приборов и устройств, обеспечивающих создание и поддержание в нем необходимого разрежения, а также контроль и управление остаточной газовой атмосферой.

Рассмотрим основные определения вакуумной техники на примере простейшей вакуумной системы (рис.1), содержащей откачиваемый объем 1, трубопровод 2, вакуумный клапан 3, манометрические преобразователи 4, насос 5. До начала работы насоса давление во всей вакуумной системе одинаково. При работе насоса количество газа в вакуумной системе уменьшается, а так как объем сосуда остается неизменным, происходит уменьшение давления в вакуумной системе. При этом давление Рн на входе в насос становится ниже, чем давление Р на выходе из откачиваемого объема. Таким образом создается разность давлений Р - Рн, которая обусловлена наличием в системе трубопровода, клапана и других элементов, оказывающих сопротивление прохождению потока газа.

Рис. 1. Схема простейшейвакуумной системы

Если полагать, что в вакуумной системе отсутствуют натекание и газовыделение, то количество газа, протекающее в единицу времени, одинаково в любом сечении системы и может быть определено как произведение давления Рi в i-м сечении на объем газа Si , проходящего через это же сечение в единицу времени:

Qi=PiSi= const. (1)

Это количество газа принято называть потоком газа в данном сечении трубопровода. Обычно поток газа измеряется в единицах PV/t [м3хПа/с; лхмм рт. ст./с].

Поток газа, протекающий во входном сечении вакуумного насо-

са QН, называется производительностью насоса при данном впу-

скном давлении Рн. Объем газа, протекающий во входное отвер-

стие насоса в единицу времени SН = QH /PH, называется быстротой действия насоса при давлении Рн.

Поскольку во всех сечениях трубопровода, соединяющего откачиваемый объем с насосом, поток газа Qi одинаков, то можно записать

где Р — давление на выходе из откачиваемого объема; So — объем газа при давлении Р, удаляемого из откачиваемого объема в единицу времени, называемый обычно эффективной быстротой откачки или быстротой откачки объекта.

Удобно провести аналогию между вакуумной системой и электрической цепью. При этом разность давлений Р - Рн уподобляет-

ся разности потенциалов, Q — силе тока, а частное от деления разности давлений на поток называют сопротивлением трубопровода W. Величина U, обратная сопротивлению трубопровода W. называется проводимостью трубопровода

Формулы для расчета проводимости трубопроводов почти любых форм, используемых на практике, можно найти в литературе по вакуумной технике (см., например, [1, 2]).

Проводимость сложных трубопроводов рассчитывается следующим образом:

а) если участки трубопровода с различными поперечными сече ниями и длинами соединены последовательно, то рассчитываются порознь значения проводимости отдельных участков, а общая про водимость сложного трубопровода или его сопротивление опреде ляются по формулам:

где Unoc и Wnoc — результирующие проводимость и сопротивление трубопровода, состоящего из нескольких последовательно соединенных участков трубопроводов;

б) если участки трубопровода с различными поперечными сече ниями и длинами соединены параллельно, то отдельные участки также рассчитываются порознь, а общая проводимость сложного трубопровода или его сопротивление определяются по формулам:

где Unap и Wnap — результирующие проводимость и сопротивление сложного трубопровода, состоящего из нескольких параллельных участков.

В результате наличия сопротивления трубопроводов эффективная быстрота откачки объекта всегда меньше быстроты откачивающего действия насоса. Имея это в виду, можно вывести уравнение, связывающее величины So и SH.

Из выражений (2) и (3) следует:

Представим уравнение (6) в виде:

So U P Pн ; Sн U P Pн

P Pн

Затем перевернув уравнения и вычтя из первого уравнения второе и преобразовав результат, получим

Уравнение (7) называется основным уравнением вакуумной тех-

ники, так как оно связывает основные параметры вакуумной системы: эффективную быстроту откачки So, быстроту действия насоса SH и проводимость вакуумпровода U. Из уравнения (7) видно, что если проводимость трубопровода системы значительно больше быстроты действия насоса, то эффективная быстрота откачки объекта зависит только от насоса, и наоборот, если проводимость трубопровода гораздо меньше быстроты действия насоса, то эффективная быстрота откачки приблизительно равна проводимости трубопровода и мало зависит от быстроты действия насоса. Величины U и W в свою очередь зависят от давления газа. Это обусловлено тем, что характер протекания газа в трубопроводе может быть различным при различных давлениях. На начальном этапе откачки при высоких давлениях и скоростях течение газа может быть турбулентным. Для турбулентного течения характерно беспорядочное перемешивание газа. Однако продолжительность этого периода обычно невелика и в трубопроводе быстро устанавливается ламинарное, или вязкостное течение, когда протекающую среду можно рассматривать состоящей из отдельных слоев, скользящих относительно друг друга. По мере снижения давления пробег частиц газа увеличивается и сравнивается с поперченным размером трубопровода. Влияние трения между атомами становится малым, атомы взаимодействуют только со стенками трубопровода, и в нем устанавливается молекулярное течение.

Приближенно можно считать, что для круглого трубопровода диаметра d течение вязкостное при Pd> 0,5 мм рт. ст.хсм, и молекулярное при Pd< 0,015 мм рт. ст.хсм.

7

По мере откачки испытуемого объема давление в нем непрерывно уменьшается. Одновременно уменьшается быстрота действия насоса. В результате в объеме устанавливается предельное давление, определяемое как типом насоса, так и рядом других параметров (в том числе натеканием газа извне и газоотделением со стенок камеры и других поверхностей, обращенных к вакууму).

Время откачки испытуемого объема может быть вычислено по формуле:

где Рнач и Ркон — соответственно начальное и конечное давления; Q∑

— суммарный поток газа, поступающий в объем. При весьма длительной откачке, т.е. при t → ∞, имеем

где Рпред — наименьшее предельное давление, которое может быть достигнуто в откачиваемом объеме.

2. НАСОСЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО РАЗРЕЖЕНИЯ

Назначение насосов предварительного разрежения (форвакуумных насосов) — удаление основной массы газа из откачиваемого объема и создание предварительного вакуума (форвакуума) порядка (10-1 -10-3 ) мм рт. ст. Из насосов такого типа на установках лаборатории «Диагностика и методы получения плазмы» используются механические вакуумные насосы с масляным уплотнением, которые широко применяются в физических лабораториях.

Основная часть всех этих насосов — эксцентриковый ротор, разгораживающий рабочую камеру насоса на несколько объемов. Это достигается применением лопастей, которые либо закреплены на статоре и находятся в скользящем контакте с вращающимся эксцентриковым ротором (пластинчато-статорные насосы, например, типа ВН-461М), либо, вращаясь вместе с ротором, скользят по внутренней поверхности статора (пластинчато-роторные насосы, например, типа ЗНВР-1Д). На рис.2а изображена схема работы пластинчато-роторного насоса, на рис.26 — золотникового насоса и на рис.2в — схема последовательного соединения рабочих камер насоса в две ступени.

Рис.2а. Схема пластинчатороторного насоса: 1 — камера; 2 — ротор; 3,4 — пластины; 5 — пружина; 6 — впускной патрубок; 7 — выхлопной патрубок; 8 — клапан; I — полость всасывания; И — полость сжатия

Рис.2б. Схема золотникового насоса: 1 — камера; 2 — эксцентрик; 3 — плунжер; 4 — выхлопной клапан; 5 — впускное окно; б — направляющая; I — полость всасывания; П— полость сжатия

Рис.2в. Схема двухступенчатого насоса с масляным уплотнением: I — первая ступень; П — вторая ступень

Действие механических вакуумных насосов основано на механическом выталкивании газа, заполняющего рабочий объем, движущимися частями насоса. Объем рабочей камеры, механически увеличиваясь и уменьшаясь, соединяется в момент наименьшего значения с впускным патрубком насоса. При увеличении объема рабочей камеры в нее через впускной патрубок всасывается откачиваемый газ. Газ поступает в рабочую камеру до тех пор, пока она в момент своего наибольшего объема снова не разъединяется со стороны впуска. После достижения максимального значения объем рабочей камеры уменьшается, а газ, находящийся в ней, сжимается до давления выше 1 атм и открывает выпускной клапан, предохраняющий насос от обратного проникновения газа из атмосферы. Дальнейшее вращение насоса приводит к выталкиванию газа из него в атмосферу. Для того, чтобы воспрепятствовать протеканию газа со стороны высокого давления на сторону впуска, небольшие зазоры между движущимися частями насоса уплотняются масляной пленкой, обеспечивающей достаточно высокую герметичность. С уменьшением давления в откачивающем объеме герметизирующая способность масляной прослойки ухудшается и производительность насоса падает. Поэтому в паспорте каждого насоса дается график зависимости быстроты откачки от впускного давления.

Для хорошей работы вращательного масляного насоса большое значение имеет количество заливаемого в него масла. При рабочей температуре насоса (~ 60 °С) оно должно обладать вязкостью, достаточной для обеспечения вакуумной плотности, но не слишком высокой во избежание ненужного повышения температуры трущихся поверхностей и потребляемой мощности. От масла также требуется, чтобы оно не содержало легколетучих составляющих. Критерием этого служит температура вспышки, которая обычно не должна быть ниже 200 °С. Кроме того, масло не должно содержать воды, водорастворимых кислот и щелочей.

Для вращательных масляных насосов чаще всего используется масло марки ВМ-4, представляющее собой машинное масло, из которого в результате вакуумной перегонки удалено 12-15 % низкокипящих фракций.

В табл. 1 приведены характеристики различных типов механических форвакуумных насосов, использующихся в физических лабораториях.

Таблица 1

Основные характеристики механических насосов с масляным уплотнением

3. ВЫСОКОВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ

Для получения в высоковакуумных установках остаточных давлений ниже 10* мм рт. ст. используется несколько типов высоковакуумных и сверхвысоковакуумных насосов. Здесь будут рассмотрены принципы действия и приведены характеристики используемых в лаборатории пароструйных, турбомолекулярных и магнитных электроразрядных насосов.

3.1. Пароструйные насосы

Принцип их работы основан на откачивающем действии струй пара жидкости. Сверхзвуковая струя пара рабочей жидкости, которая захватывает газ и переносит его в область более высоких давлений, формируется в насосе при помощи сопла специальной формы. Захват газа обусловлен тем, что выходящая из сопла струя пара на границе соприкосновения с газом образует завихрения, которые, перемещаясь с большой скоростью, увлекают за собой частицы газа. По мере того, как снижается давление, основным фактором, оп-

12

ределяющим захват частиц газа в струю, становится их диффузия под действием разности парциальных давлений в пространстве, окружающем струю пара, и в самой струе. Насосы, работающие в таких условиях, называют диффузионными.

При создании пароструйных насосов обычно стремятся построить такое сопло, которое обладало бы высокой быстротой откачки газов при сравнительно высоких максимальных выпускных давлениях. Поскольку практически не удалось создать сопло, которое одновременно удовлетворяло бы этим требованиям, современные пароструйные насосы, как правило, делаются многоступенчатыми.

Предельный вакуум, быстрота действия и другие параметры пароструйных насосов зависят от их конструкции и от свойств рабочей жидкости.

К рабочим жидкостям пароструйных насосов предъявляют следующие требования:

1)минимальная упругость паров при комнатной температуре и максимальная при рабочей температуре в кипятильнике,

2)стойкость к разложению при нагревании,

3)минимальная способность растворять газы,

4)химическая стойкость по отношению к откачиваемым газам и

кматериалам насоса,

5)малая теплота парообразования.

Минимальная упругость паров при комнатной температуре требуется для получения наименьшего предельного давления. Растворимость газов в рабочей жидкости приводит к увеличению обратного потока газов через сопло вместе с паровой струей. Оба этих потока пара рабочей жидкости и растворенных газов — определяют предельное давление насосов. Максимальное давление паров при рабочей температуре кипятильника увеличивает выпускное давление насоса и уменьшает требуемую мощность подогревателя. Стойкость к разложению рабочей жидкости при нагревании влияет на срок службы рабочей жидкости и максимальное выпускное давление. Химическая стойкость определяет срок службы рабочей жидкости и накладывает ограничение на выбор конструкционных материалов насосов. При малой теплоте парообразования требуется меньшая мощность подогревателя. В качестве рабочей жидкости применяются ртуть, минеральные масла, сложные эфиры органических кислот и спиртов, кремнеорганические соединения.

13

Ртуть как рабочая жидкость пароструйных насосов имеет следующие достоинства: она однородна по составу, не теряет своих свойств при прогреве и кратковременном соприкосновении с воздухом в горячем состоянии, а также при длительной работе в насосе, растворяет малое количество газов и имеет высокую упругость пара при рабочей температуре в кипятильнике. Однако упругость паров ртути при комнатной температуре очень высока (10-3 мм рт. ст.), пары ртути вредны для здоровья человека, а при соприкосновении их с цветными металлами происходит амальгирование последних. Поэтому в настоящее время использование ртути в качестве рабочей жидкости ограничено. Минеральные масла для пароструйных насосов (ВМ-1, ВМ-5) получают путем вакуумной дистилляции продуктов переработки нефти. Они характеризуются низкой упругостью пара при комнатной температуре (10-8 мм рт. ст.), удовлетворительной термостойкостью, но имеют невысокую термоокислительную стойкость.

Эфиры, применяемые в качестве рабочей жидкости (5Ф4Э, Н- ПФЭ), обладают очень низким давлением паров при комнатной температуре (10-10 мм рт. ст.) и повышенной термоокислительной стойкостью. Кремнеорганические жидкости (ВКЖ-94, ПФМС-1, ПФМС-2) обладают высокой термоокислительной стойкостью и достаточно низкой упругостью пара при комнатной температуре (10-7 мм рт. ст.). Кремнеорганические жидкости не разлагаются при кратковременном контакте в горячем состоянии с атмосферой, например, в случае аварийного прорыва воздуха в работающий насос.

Чаше всего в насосах используются дешевые минеральные масла. Кремнеорганические жидкости используются в системах с частым напуском воздуха. Эфиры, стоимость которых еще велика, применяются в системах, где требуется получение сверхвысокого вакуума. В установках лаборатории «Диагностика и методы получения плазмы» используются трехступенчатые паромасляные диффузионные насосы Н-100/350 (рис.3), параметры которых приведены в табл.2.

Рис.3. Схема диффузионного паромасляного насоса Н-100/350: 1 — корпус; 2 ■ рубашка водяного охлаждения; 5 — паропровод; 4 — сопло первой ступени; 5 - сопло второй ступени; 6 — эжекторное сопло; 7 — лабиринтные кольца; 8 - электронагреватель; 9 — маслоотражатель

Рабочая жидкость в насосе нагревается в кипятильнике электронагревателем. Образующийся при этом пар поднимается по концентрическим паропроводам и с большой скоростью, превышающей скорость звука, выходит через сопла первой и второй ступеней в виде струй, направленных под углом к охлаждаемой стенке насоса. Молекулы газа проникают в струю пара первого сопла и уносятся ею вниз в область действия второго сопла. На стенках насоса пары первой струи конденсируются, а газ диффундирует во вторую струю. Действие второй струи аналогично. Последняя ступень выполнена в виде эжекторного сопла с диффузором, чтобы обеспечить высокое выпускное давление.

Рабочие жидкости, за исключением ртути, никогда не бывают абсолютно однородными, и количество фракций с течением времени работы постепенно увеличивается. В насосах используются специальные устройства, способствующие фракционированию (т.е. разделению на фракции) неоднородных жидкостей, причем тяжелые фракции (с низким давлением насыщенного пара) направляются в сопло первой (высоковакуумной) ступени, чем обеспечиваются низкое предельное остаточное давление и быстродействие насоса в целом, а легкие фракции (с высоким давлением насыщенного пара) направляются в последующие сопла, обеспечивая высокое выпускное давление. Фракционирование масла, стекающего в кипятильник с периферии по стенке корпуса, осуществляется с помощью лабиринтных колец. Кольца устанавливаются (выфрезеровываются) на дне кипятильника и удлиняют путь масла до поступления в центральную зону кипятильника, откуда питается паром высоковакуумное сопло. Легкие фракции масла успевают испаряться на периферии кипятильника и поступают во второе зонтичное и эжекторное сопла насоса.

3.2. Турбомолекулярные насосы

Принцип действия турбомолекулярного насоса основан на сообщении молекулам разреженного газа направленной дополнительной скорости быстродвижущейся твердой поверхностью. Рабочий механизм насоса (рис.4) образован роторными 3 и статорными дисками 2, имеющими радиальные косые пазы — каналы, боковые стенки которых наклонены относительно плоскости диска под углом 40-15°, причем пазы статорных дисков расположены зеркально относительно пазов роторных дисков (рис.5).

Рис.4. Схема турбомолекулярного насоса с горизонтальным расположением ротора: / — корпус; 2 — статорные диски; 3 — роторные диски; 4 — впускной патрубок; 5 — выпускной патрубок; 6 — электродвигатель

Между неподвижными статорными дисками и валом ротора, а также между подвижными роторными дисками и корпусом насоса имеются зазоры. При молекулярном режиме течения газа в насосе, т.е. при давлениях ниже 1x10-3 мм рт. ст., такая система подвижных и неподвижных пазов обеспечивает преимущественное прохождение молекул газа в направлении откачки (слева направо на рис.5). Действительно, молекула газа, прошедшая через статорный паз (или отразившаяся от статорного диска), попав в паз роторного диска, имеет большую вероятность пройти через него, так как боковая стенка 1 роторного паза уходит с пути молекулы, а стенка 2 не может ее нагнать. Такая же молекула, долетевшая к роторному диску справа, т.е. против направления откачки войдя в паз, будет с большой вероятностью задержана стенкой 2 роторного паза и отражена обратно в направлении откачки. Молекулы, отраженные роторным диском, кроме тепловой скорости приобретут дополнительную скорость. Эта скорость равна окружной скорости роторного диска и направлена параллельно оси насоса (на рис.5 вправо). Благодаря соответствующему углу наклона боковых стенок статорного паза здесь также обеспечивается преимущественное прохождение молекул в направлении откачки.

Таким образом, каждая ступень, состоящая из роторного и статорного дисков, создает перепад давлений, причем наибольшее отношение давлений по обе стороны ступени (степень сжатия) (Р2/Р1)mах равно приблизительно отношению W1-2/W2-1 вероятностей перехода молекул через паз в направлении откачки W1-2 и в обратном направлении W2-1. А наибольшая возможная быстрота откачивающего действия ступени пропорциональна разности W1-2 – W2-1 В области достигнутых окружных скоростей в современных промышленных турбомолекулярных насосах разность W1-2 – W2-1 почти линейно зависит от vокp/vB, т.е.

эффективность насоса увеличивается с

ростом окружной скорости vокр

Рис. 5. Роторные и статорные диски с ротора и с уменьшением наиболее пазами (вид по радиусу): А — статор-

ные; В — роторные вероятной скорости молекул vB. Расчеты показывают, что

максимальная быстрота действия достигается при угле наклона пазов около 30°. С другой стороны, для получения достаточно высокой степени сжатия в одной ступени (от 3 до 5) угол наклона паза должен быть не более 20°. Поэтому в современных насосах высоковакуумные ступени выполняются с углом наклона 35°, а все остальные — 20°.

Для быстрых молекул (легких газов) окружная скорость ротора относительно меньше, чем для «медленных» молекул (тяжелых газов), поэтому коэффициент сжатия ступени заметно меньше для легких газов. Каждый роторный и статорный диск создает неболь-

шой перепад давлений, однако благодаря большому количеству последовательных ступеней (30-40) обеспечивается в целом высокий коэффициент сжатия насоса: -10-2-10-3 по водороду, 10-7-10-9 по азоту. Так как турбомолекулярные насосы имеют очень высокий коэффициент сжатия для тяжелых газов, то во время работы они являются надежным барьером против проникновения тяжелых молекул масла из форвакуумной полости.

Турбомолекулярные насосы выпускаются с горизонтальным и вертикальным расположением ротора. Высокая надежность насосов достигается тем, что они приводятся во вращение от высокочастотного электродвигателя, ротор которого расположен в форвакуумной полости на общем вату с ротором насоса, и таким образом исключается подверженный быстрому износу вакуумный ввод вращения. Ротор вращается с частотой около 18000 об/мин. Смазка подшипников осуществляется маслонасосом, имеющим небольшой собственный электродвигатель. В случае отключения электроэнергии подача смазки прекращается, а ротор насоса способен вращаться по инерции еще 40-60 мин без повреждения подшипников. Для охлаждения статорных обмоток электродвигателя и крышек, отделяющих подшипники от вакуумной полости, используется небольшой поток воды.

При правильной эксплуатации турбомолекулярного насоса остаточный газ содержит главным образом водород, некоторое количество паров воды, оксида и диоксида углерода, азота, кислорода и практически не содержит высокомолекулярных углеводородных соединении. Поэтому турбомолекулярные насосы считаются безмаслянными средствами откачки.

Быстрота действия насосов остается постоянной в широком диапазоне давлений от 10-3 мм рт. ст., когда начинает сказываться изменение режима течения газа через диски насоса, до 10-8 мм рт. ст., когда на быстроту действия оказывает влияние водород, выделяющийся со стенок насоса и протекающий со стороны форвакуумной полости насоса. Предельное остаточное давление составляет 10" -10" мм рт. ст. Параметры использующегося в лаборатории турбомолекулярного насоса ТМН-500 приведены в табл.3.

3.3. Магниторазрядные насосы

Эти насосы относятся к группе насосов, в которых осуществляется ионно-сорбционная откачка. Суть этого типа откачки заключается в том, что откачка путем сорбции остаточных газов на поверхности непрерывно наносимой (возобновляемой) пленки активных металлов дополняется откачкой за счет ионизации остаточного газа и внедрения ионов в объем твердого тела. Этот второй механизм (ионная откачка) является определяющим для откачки инертных газов, не образующих химических соединений с сорбентом (пленкой титана). Для получения активных пленок и для ионизации газов в магниторазрядных насосах используются разряд в магнитном поле и вызванное им катодное распыление титана. Рассмотрим схему простейшего магнитного электроразрядного насоса диодного типа (рис.6), к которому принадлежит насос НМД-0,16, использующийся в лаборатории. Анод 1 насоса образован из отдельных разрядных ячеек, с открытых концов которых расположен общий катод 2 из титана. Эта электродная система располагается в магнитном поле, перпендикулярном плоскости катодов. При подаче на электроды разности потенциалов в несколько киловольт в ячейках возникает газовый разряд. Благодаря магнитному полю попадание электронов разряда на анод затрудняется, общая длина их траектории увеличивается. В результате возрастает эффективность ионизации остаточного газа и разряд поддерживается в широком диапазоне давлений. Положительные ионы газов, образующиеся в разря-

де при соударении электронов с молекулами, ускоряются электрическим полем в направлении катодов и внедряются в них, вызывая распыление материала катодов. Распыленный с катодов титан осаждается, главным образом, на аноде. Активные газы (водород, кислород, пары воды, углеводороды и т.п.), присутствующие в вакуумной системе, попадая на свеженанесенную на аноде пленку, связываются с ней, образуя устойчивые химические соединения с титаном: нитриды, оксиды и т.п. При этом в насосе осуществляется своеобразная регулировка скорости распыления материала катода, поскольку поток газа на сорбирующую поверхность примерно пропорционален давлению газа так же, как и распыляющий поток ионов, обеспечивающий распыление катода и возобновление сорбирующей пленки на аноде. Соединения активных газов с титаном образуются и на катоде при попадании туда соответствующих ионов (ионный механизм откачки). Однако благодаря сильному распылению поверхности катода они оказываются в конце концов на аноде, сохраняясь лишь на периферийных, слабораспыляемых участках катодных ячеек. На эти участки осаждается часть титана, распыляемого в центральных областях ячеек. Таким образом «захоранивается» уже захваченный газ и создаются условия дальнейшей откачки.

Рис.6. Схема диодного магнитного электроразрядного насоса: 1 — анод; 2 — катод; R — балластное сопротивление

21